Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Безопасность жизнедеятельности в условиях чрезвычайных ситуаций. Теория и практика. Учебное пособие.pdf
Пример решения задачи
Задача. Оценить последствия схода селевого потока для
расположенного в предгорьях Северного Кавказа населенного пункта,
состоящего из малоэтажных кирпичных домов, административного
многоэтажного здания с железобетонным каркасом и имеющего
железобетонный мост через реку с пролетом 40 м.
Сель возник в результате дождевых осадков, причем
максимальный суточный слой осадков 1%-ной обеспеченности, по
данным метеостанции, равен Н
= 25 мм/сут на площади F = 20 км2.
1
Ширина реки В = 80 м, длина селевого очага l = 500 м, средний уклон
α = 10° (i = tg α = 0,176), расстояние от конца селевого потока до
вершины конуса выноса L
= 1000 м.
D
Решение:
1. Определим объем водного потока W по формуле (54):
W = 9,5· 10
2
·25·1·20 = 4,75·105 м3.
2. Объем селевого потока W
найдем по формуле (52):
c
W
= (1 + 0,12·500·sin210)· 4,75·105 = 1,33·106 м3.
c
3. По формулам (49) и (50) определим дальность продвижения
селевого потока при d = 0,6:
L
= 12,1 ·1,33·106·0,176 / (0,6·80) ≈ 59 000 м;
1
_________________________________
L
= √36,6 · (1,33·106 – 0,6·80·1000)·0,176/0,6 ≈ 3700 м.
2
Так как L
дальность продвижения селевого потока будет равна L
4. Принимая высоту селевого потока равной h
формуле (48) найдем скорость селевого потока V
явно больше LD, то по условию (51) принимаем, что
1
= L1 = 59 км.
c
= 3 м, по
с
при v0 = 0,8:
с
V
= 11,4· 3
c
1/2
· (0,8· sin 10)
1/3
= 10,2 м/с.
91
5. Гидродинамическое давление селевого потока на здания и
сооружения определяем по формуле (47):
ΔP
= 0,5·1·1,5·103·10,22= 78030 Па.
дин
Здесь значение плотности селевого потока р
заимствовано из табл. 4.15, а угол встречи селя с преградой принят
равным β = 90° (sin
2
β = 1).
= 1,5·103 кг/м3
с
6. Гидростатическое давление селевого потока на здания и
сооружения находим по формуле (46):
ΔР
= 0,5· 9,8·1,5·103·3 = 22 050 Па.
ст
7. Суммарное гидравлическое давление селевого потока на
здания и сооружения рассчитываем по (45):
ΔР = 22 050 + 78 030 = 100 080 (Па) ≈ 1·10
8. По табл. 4.16 находим, что при значении ΔР ·10
5
Па.
-5
= 1
сильные разрушения получат здания со стальными и
железобетонными каркасами; будут полностью разрушены кирпичные
здания, бескаркасные, с покрытием из железобетонных элементов,
малоэтажные. Железобетонный мост через реку не пострадает.
Задача для самостоятельного решения. Оценить
последствия схода селевого потока для объектов, расположенных в
селеопасной зоне в русле реки.
Возможность схода селя обусловлена дождевыми осадками с
максимальной суточной обеспеченностью, не превышающей 1 %
(λ = 1), при которой на площади F (км
слой осадков равен Н
(мм/сут). Ширина реки В (м), длина селевого
1
2
) максимальный суточный
очага l (м), средний уклон α°, расстояние от конца селевого потока до
вершины конуса выноса L
(м).
D
Исходные данные приведены в табл. 4.17.
92
Таблица 4.17
Варианты
1
50
40
200
30
1000
40
Здания со стальными и
Наземные резервуары
2
30
20
300
20
700
40
3
20
30
250
20
800
30
4
40
20
200
10
850
40
Деревянные здания
5
10
10
100
15
600
20
6
20
10
150
20
700
30
7
30
20
200
15
800
40
Воздушные линии телефонной
8
40
30
250
10
850
25
9
20
10
300
20
800
30
10
50
30
400
10
1000
40
Деревянные здания
Бетонные плотины
11
10 5 200
10
500
25
12
20
10
250
20
700
25
13
40
20
300
30
900
30
Деревянные здания
Земляные плотины
14
30
10
300
25
800
20
15
20 5 100
15
700
30
Исходные данные для самостоятельного решения задач по оценке
последствий схода селевого потока
2
, мм/сут
1
, м
D
L
α, град
Тип строения
Ширина реки В, м
Площадь водосбора F, км
Уклон селевого очага
Длина селевого очага l, м
Длина селевого выброса
слой осадков Н
Максимальный суточный
ж/бкаркасами
Воздушные линии телефонной
связи
Мосты из металла и ж/б
пролетом до 50 м
Земляные плотины
связи
Бетонные плотины
Наземные стальные газгольдеры, резервуары
Мосты из металла и ж/б
пролетом до 50 м
Воздушные линии телефонной
связи
93
4.5. Прогнозирование опасных атмосферных явлений
4.5.1. Ураганы
Ураганы являются одной из самых мощных сил стихии. По
своему пагубному воздействию не уступают таким страшным
стихийным бедствиям, как землетрясения. Это объясняется тем, что
они несут в себе колоссальную энергию. Ее количество, выделяемое
средним по мощности ураганом в течение одного часа, равно энергии
ядерного взрыва в 36 Мт.
Ураганы и штормовые ветры в зимних условиях часто
приводят к возникновению снежных бурь, когда огромные массы
снега с большой скоростью перемещаются с одного места на другое.
Их продолжительность может быть от нескольких часов до
нескольких суток. Особенно опасны снежные бури, проходящие
одновременно со снегопадом, при низкой температуре или при ее
резких перепадах. В этих условиях снежная буря превращается в
подлинное стихийное бедствие, причиняя значительный ущерб
регионам. Снегом заносятся дома, хозяйственные и животноводческие
постройки. Иногда сугробы достигают высоты четырехэтажного дома.
На большой территории на длительное время из-за снежных заносов
останавливается движение всех видов транспорта. Нарушается связь,
прекращается подача электроэнергии, тепла и воды. Нередки и
человеческие жертвы.
На территории России ураганы, бури и смерчи могут
происходить в любое время года, но чаще всего — в августе и
сентябре. Синоптики относят ураганы, бури и смерчи к чрезвычайным
событиям с умеренной скоростью распространения, поэтому чаще
всего удается объявить штормовое предупреждение. Оно может быть
передано по каналам гражданской обороны: после звука сирены
«Внимание всем!» надо слушать местное радио и телевидение.
Самой важной характеристикой урагана является скорость
ветра. В табл. 4.18 (по шкале Бофорта) представлены названия
ветровых режимов и зависимость от скорости ветра, что
свидетельствует о силе урагана (шторма, бури). Обычно за ширину
урагана принимают ширину зоны катастрофических разрушений.
Часто к этой зоне прибавляют территорию ветров штормовой силы со
сравнительно небольшими разрушениями. Средняя
94
продолжительность урагана 9 -12 дней. Часто ливни,
Баллы
Скорость
ветра (миля/ч)
Наименование
ветрового режима
Признаки
0
0-1*
Затишье
Дым идет прямо
1
2-3
Легкий ветерок
Дым изгибается
2
4-7
Легкий бриз
Листья шевелятся
3
8-12
Слабый бриз
Листья двигаются
4
13-18
Умеренный бриз
Листья и пыль летят
5
19-24
Свежий бриз
Тонкие деревья качаются
6
25-31
Сильный бриз
Качаются толстые ветви
7
32-38
Сильный ветер
Стволы деревьев изгибаются
8
39-46
Буря
Ветви ломаются
9
47-54
Сильная буря
Черепица и трубы
срываются
10
55-63
Полная буря
Деревья вырываются с
корнями
11
64-75
Шторм
Везде повреждения
12
Более 75
Ураган
Большие разрушения
Класс разрушений F
0 1 2 3 4
5
Скорость ветра V, м/с
18
33
50
70
93
117
сопровождающие ураган, гораздо опаснее самого ураганного ветра
(вызывают наводнения и разрушения зданий и сооружений).
Таблица 4.18
Название ветрового режима в зависимости от скорости ветра
* 1 миля = 1,852 км
Важнейшими характеристиками ураганов, определяющими
объемы возможных разрушений и потерь, являются скорость ветра
(скоростной напор воздушного потока Р
), ширина зоны, охваченная
ск
этими явлениями, и продолжительность их действий. Фактором
опасности являются также интенсивные осадки.
Разрушительную способность ветра обозначают условными
баллами в зависимости от скорости ветра (шкала Фьюджита):
Повреждения, соответствующие классам F:
0 – слабые разрушения (повалены слабые деревья);
95
1 – средние разрушения (ураганная скорость ветра, сорваны
крыши, деревья вырваны с корнем);
2 – значительные разрушения (разрушены слабые здания и
сооружения);
3 – серьезные разрушения (перевернуты поезда, разрушены
дома);
4 – опустошительные разрушения;
5 – катастрофические разрушения (дома сорваны с
фундаментов, металлические конструкции сильно повреждены).
Ущерб, причиняемый ураганом, определяется целым
комплексом различных факторов:
- рельеф местности;
- степень застройки и прочность строений;
- характер растительности;
- присутствие в зоне действия урагана населения и животных;
- время года;
- проведенные профилактические мероприятия и др.
Ветровая нагрузка, или скоростной напор воздушного потока
Р
, пропорционален произведению плотности атмосферного воздуха
ск
на квадрат скорости воздушного потока
Р
=0,5·ρ·V 2, (55)
ск
где ρ – массовая плотность воздуха, кг/м
3
; V – скорость ветра, м/с.
Нормативное значение ветровой нагрузки следует задавать в
одном из двух вариантов [16]. В первом случае нагрузка представляет
собой совокупность: а) нормального давления, приложенного к
внешней поверхности сооружения; б) сил трения, направленных по
касательной к внешней поверхности и отнесенных к площади ее
горизонтальной (для шедовых или волнистых покрытий, покрытий с
фонарями) или вертикальной проекции (для стен с лоджиями и
подобных конструкций); в) нормального давления, приложенного к
внутреннимповерхностям сооружений с проницаемыми
ограждениями, с открывающимися или постоянно открытыми
проемами. Во втором случае нагрузка рассматривается как
совокупность: а) проекций и внешних сил в направлении осей и
обусловленныхобщим сопротивлением сооружения; б) крутящего
момента относительно оси.
96
Нормативное значение ветровой нагрузки следует
Ветровые районы *
Iа I II
III
IV V VI
VII
Рн, кПа
0,17
0,23
0,30
0,38
0,48
0,60
0,73
0,85
определять как сумму средней и пульсационной составляющих:
w = w
+ w
m
p.
При определении внутреннего давления пульсационную
составляющую ветровой нагрузки допускается не учитывать.
Нормативное значение средней составляющей ветровой
нагрузки в зависимости от эквивалентной высоты над поверхностью
земли следует определять по формуле
w
= w
·k·k(ze)·c,
m
0
где Р
) - нормативное значение ветрового давления; k (z
н (W0
e
) -
коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для
высоты z
; c - аэродинамический коэффициент.
e
Нормативное значение ветрового давления (табл. 4.19)
принимается в зависимости от ветрового района, который
определяется по карте 3 приложения Ж
СП 20.13330.2011[16].
Таблица 4.19
Нормативное значение ветрового давления
* Некоторые города, входящие в соответствующие ветровые районы: Iа – Ленск,
Витим; I - Сыктывкар, Ярославль, Москва, Ижевск, Пермь, Якутск, Тында; II -
Братск, Чита, Омск, Челябинск, Казань, Архангельск, Воронеж, Уфа, Курск; III–
Саратов, Саранск, Бузулук, Оренбург, Волгоград; IV – Нарьян-Мар, Салехард,
Норильск; V - Магадан, Охотск; VI - Тикси, Альдерма; VII – Анадырь, Диксон
Задача 1. В городе Норильске получено штормовое
предупреждение. Надвигается ураган. Ожидаемая скорость ветра
140 км/ч (38,8 м/с). Оценить устойчивость стекол в жилых и
производственных помещениях.
Примеры решения задач
97
Решение:
Условие разрушения стекол: Р
ск
≥ Р
н
Давление скоростного напора определяем по формуле (55)
Р
= 0,5·1,225·39 2 = 931,6 Па.
ск
Для города Норильска, расположенного в IV ветровом районе
(табл. 4.19), нормативное значение ветрового давления Р
Вывод: поскольку рассчитанное Р
значения ветрового давления Р
, существует опасность разрушения
н
больше нормативного
ск
= 480 Па.
н
остекления жилых помещений.
Задача 2. Оценить возможность смещения грузового вагона от
воздействия на него порыва ветра со скоростью 30 км/ч (8,3 м/с).
Вагон крытый цельнометаллический, 4-осный, не закреплен; вес
m = 24,5 тс; ширина вагона b = 3,28 м, высота h = 4,7 м. Действие
ветра перпендикулярно торцу вагона. Коэффициент
аэродинамического сопротивления набегающему воздушному потоку
C
= 0,85, коэффициент трения качения стального колеса по рельсу f =
х
0,05.
Решение:
Условие смещения незакрепленного вагона: F
≥ Fтр .
см
Смещающую силу ветра, приложенную к центру давления
обдуваемой площади (миделя) F
, находим по формуле
см
F
где S = b · h = 3,28 · 4,7 = 15,42 м
= Cх ·S · P
см
2
– площадь обдуваемой части вагона
ск
,
(площадь миделя).
Находим скоростной напор:
P
= ρV2/2 = 1,225·8,32/2 = 42,2 Па = 0,042 кПа ;
ск
F
= 0,85·15,42·0,042 = 5,5 кН;
см
F
= f · Fт = f·m·g = 0,05·24500·9,8 = 12005 = 12 кН .
тр
98
Вывод: смещение (угон) вагона невозможен, так как условия
Варианты
Город
Скорость ветра,
V км/ч
1
Братск, Альдерма, Салехард
110
2
Якутск, Уфа, Нарьян-Мар
74
3
Архангельск, Салехард, Волгоград
95
4
Курск, Охотск, Витим
90
5
Сыктывкар, Казань, Бузулук
100
6
Диксон, Саранск, Охотск
95
7
Тында, Воронеж, Анадырь
85
8
Ленск, Омск, Саратов
70
9
Ижевск, Оренбург, Магадан
80
10
Магадан, Саратов, Ленск
115
11
Нарьян-Мар, Витим, Челябинск
80
12
Тикси, Волгоград, Сыктывкар
100
13
Анадырь, Пермь, Оренбург
80
14
Норильск, Москва, Диксон
90
15
Бузулук, Ярославль, Норильск
75
смещения не выполняются, F
≥ Fтр , (5,5 кН ˂ 12,0 кН).
см
Задача для самостоятельного решения. В городе N получено
штормовое предупреждение. Надвигается ураган. Ожидаемая
скорость ветра V км/ч (м/с). Оценить устойчивость стекол в жилых и
производственных помещениях.
Таблица 4.20
Исходные данные для самостоятельного решения задач по
атмосферным явлениям
99
4.5.2. Грозы
Грозы - наиболее распространенные атмосферные опасные
явления. При грозе выпадает большое количество осадков, но
наибольшую опасность представляют электрические разряды –
молнии, от которых могут возникнуть пожары в лесах и зданиях,
разрушаться электротехнические устройства и которые могут
поражать людей. Средняя продолжительность одного грозового
цикла составляет порядка 30 мин, а электрический разряд каждой
вспышки молнии соответствует 20-30 Кл и может образоваться на
участке грозовой тучи радиусом до 2 км.
Основной отрицательный заряд расположен вблизи изотермы
минус 5
о
С, положительные заряды находятся на несколько
километров выше и около нижней границы облака. Для оценки
последствий от удара молнии важным является разряд между слоями
атмосферы и землей. Предельное напряжение пробоя, вызывающее
образование ионизированного канала, равно 3 10
6
В/м. Лавинный
заряд движется вниз ступеньками по 50-100 м, пока не достигнет
земли (ступенчатый лидер). На удалении от земли молния «выбирает»
какой-либо возвышающий предмет. Обычно ступенчатый лидер
переносит вниз отрицательный заряд. Он может переносить и
положительный заряд. При этом время нарастания, а затем
уменьшения тока более продолжительно, а значения заряда могут
достигать 200 Кл и тока - 218 кА. Повреждения, наносимые молнией,
обусловлены высоким напряжением, большой силой тока в канале
движения и температурой до 40000 К. Особо опасны шаровые молнии.
Молниеприемник притягивает приблизившегося ступенчатого
лидера, образуя защитный конус с углом 90 град, ниже его верхушки.
Как показывает практика, существующие системы молниезащиты не
обеспечивают достаточного уровня защиты от прямых разрядов.
Таким образом, возникает реальная неизбежность поражения
защищаемых объектов и персонала.
Прямые удары молнии происходят даже в защищённые
объекты. Все они могут приводить к возгораниям и взрывам либо к
выходу из строя контрольно-измерительной аппаратуры и автоматики.
Следовательно, предотвращая прямые удары в критически важные
объекты и их окружение, можно снизить необходимость защиты
100